Große und schwere Komponenten von Landfahrzeugen sollen in Zukunft leichter und nachhaltiger gestaltet werden können. Dazu sollen Metallkonstruktionen teilweise durch leichte, naturfaserverstärkte Kunststoffbauteile ersetzt werden. Um diese langzeitstabil und witterungsbeständig fertigen zu können, haben Experten des Fraunhofer LBF ein eigenes Herstellungsverfahren für die Compounds entwickelt. Dieses Compound ist naturfaserverstärkt und besitzt besondere Eigenschaften in Hinblick auf Hydrophobie und Temperaturstabilität. Weitere Voraussetzung: Das Compound soll im Screw Extrusion Additive Manufacturing (SEAM) verarbeitet werden können.
Im Projekt „ECO2-Line“ ist die Gewichtseinsparung mit neuartigen naturfaser-verstärkten Leichtbaukomponenten das übergeordnete Ziel der Forschungsarbeiten. Gleichzeitig wird der Fertigungsprozess hinsichtlich Ökobilanz optimiert und eine verbesserte Recyclingfähigkeit nach mindestens äquivalenter Lebensdauer des Ursprungsbauteils realisiert. Die im Projekt entwickelten Demonstratoren, eine nachhaltige Sitzliegebank, Leichtbausitze, Pickup-Aufsätze und ein neuartiges Rahmenelement für Übergangssysteme von Schienenfahrzeugen werden auch auf ihre Einsatztauglichkeit getestet.
Aufgrund des SEAM-Verfahrens werden Metallkonstruktionen durch Kunststoffbauteile ersetzbar
Um die Metallkonstruktionen teilweise durch leichte, naturfaserverstärkte Kunststoffbauteile zu ersetzen, nutzen die Fraunhofer-Forschenden dabei den additiven Highspeed-Prozess SEAM (Screw Extrusion Additive Manufacturing), der am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU etabliert ist. Dieses neue 3D-Druck-Verfahren ist, laut Fraunhofer IWU, achtmal schneller als herkömmliche 3D-Drucker.
Screw Extrusion Additive Manufacturing ermöglicht tragende Kunststoff-Strukturen
So entstehen naturfaserverstärkte Compounds
Um langzeitstabile witterungsbeständige Bauteile aus naturfaserverstärktem Kunststoff fertigen zu können, wird am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF ein eigenes Verfahren entwickelt. Es hydrophobiert Fasern und sorgt für ihre Temperaturbeständigkeit. Der Schwerpunkt der Entwicklungen liegt auf der kombinierten Holzfasermodifikation durch Acetylierung und anschließender Epoxidharzbeschichtung. Durch die Beschichtung mit Epoxidharz wird die erhöhte Temperaturbeständigkeit erzielt. Dies ist die Voraussetzung, um die Fasern in Polyamide einarbeiten zu können, was bisher noch nicht möglich ist.
Anhand des Demonstrators „neuartiges Rahmenelement für Übergangssysteme von Schienenfahrzeugen“ hat man im Forschungsprojekt „ECO2-Line“ den Nutzen für den Kunden berechnet, hier am Beispiel eines Hochgeschwindigkeitszuges: Bei einem Zug mit 14 Übergängen und einer Laufleistung von 12,5 Mio. km können bei jedem eingesetzten nachhaltigen Übergangssystem 160 kg eingespart werden. Dies entspricht auf den gesamten Zug gerechnet eine Einsparung von fast 115 t CO2-Äquivalent. (eve)
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